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DE102015217673A1 - Injection device for metering a fluid and motor vehicle with such an injection device - Google Patents

Injection device for metering a fluid and motor vehicle with such an injection device Download PDF

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DE102015217673A1
DE102015217673A1 DE102015217673.8A DE102015217673A DE102015217673A1 DE 102015217673 A1 DE102015217673 A1 DE 102015217673A1 DE 102015217673 A DE102015217673 A DE 102015217673A DE 102015217673 A1 DE102015217673 A1 DE 102015217673A1
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DE
Germany
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fluid
volume compensation
compensation element
valve
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DE102015217673.8A
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Dejan Jovovic
Anatoliy Lyubar
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Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2016/069022 priority patent/WO2017045845A1/en
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Abstract

Einspritzvorrichtung (1) zur Zumessung eines Fluids, die folgendes aufweist: – ein Ventil (3) mit einer Ventilnadel (5) und einem Ventilsitz (9); – einen die Ventilnadel (5) umgebenden Düsenschaft (15), der ein Volumen des Fluids aufnimmt; – eine sich auf der dem Ventil (3) abgewandten Seite des Düsenschafts (15) an diesen anschließende und mit diesem in Fließverbindung stehende Einlasskammer (19); wobei die Einspritzvorrichtung (1) zumindest ein mit einem Gas gefülltes, komprimierbares Volumenausgleichselement (33) aufweist, das innerhalb der Einspritzvorrichtung (1) in Kontakt mit dem Fluid steht.Injection device (1) for metering a fluid, comprising: - a valve (3) with a valve needle (5) and a valve seat (9); - A valve needle (5) surrounding the nozzle shaft (15) which receives a volume of the fluid; - An on the valve (3) facing away from the nozzle shaft (15) to this subsequent and in fluid communication with this inlet chamber (19); wherein the injector (1) comprises at least one gas-filled, compressible volume compensator (33) in contact with the fluid within the injector (1).

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung zur Zumessung eines Fluids. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Einspritzvorrichtung zur Zumessung einer Harnstofflösung in einem Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeuges. Sie bezieht sich weiter auf ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Einspritzvorrichtung. The present disclosure relates to an injection device for metering a fluid. In particular, it relates to an injection device for metering a urea solution in an exhaust aftertreatment system of a motor vehicle. It further relates to a motor vehicle with such an injection device.

Eine Einspritzvorrichtung zur Zumessung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, insbesondere einer Harnstofflösung, ist beispielsweise aus der DE 2008 041 544 A1 bekannt. Bei derartigen Einspritzvorrichtungen besteht das Problem, dass das Fluid einfrieren und durch seine damit verbundene Volumenausdehnung die Einspritzvorrichtung zerstören kann. Beispielsweise gefriert Harnstofflösung bei einer Temperatur von –7°C. An injection device for metering a liquid or gaseous medium, in particular a urea solution, for example, from DE 2008 041 544 A1 known. In such injectors, there is the problem that the fluid can freeze and destroy the injector by its associated volume expansion. For example, urea solution freezes at a temperature of -7 ° C.

Bisher wurde beispielsweise durch ein Leerspritzen der Einspritzvorrichtung beim Abstellen des Motors versucht, die Harnstofflösung weitgehend aus der Einspritzvorrichtung zu entfernen, um eine Schädigung der Einspritzvorrichtung durch eine Volumenausdehnung beim Einfrieren zu verhindern. Ein vollständiges Leerspritzen der Einspritzvorrichtung ist jedoch nicht in allen Fällen möglich und auch grundsätzlich nicht unbedingt erwünscht. Heretofore, for example, an empty injection of the injection device when stopping the engine has attempted to largely remove the urea solution from the injection device in order to prevent damage to the injection device by a volume expansion during freezing. However, a complete empty syringes of the injection device is not possible in all cases and in principle not necessarily desirable.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einspritzvorrichtung zur Zumessung eines Fluids anzugeben, bei der die Gefahr einer Zerstörung durch einfrierendes Fluid vermindert ist. It is an object of the present invention to provide an injection device for metering a fluid in which the risk of destruction by freezing fluid is reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by the subject matter of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Einspritzvorrichtung zur Zumessung eines Fluids angegeben. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug mit der beschriebenen Einspritzvorrichtung angegeben. According to a first aspect of the invention, an injection device for metering a fluid is specified. According to a further aspect, a motor vehicle is specified with the described injection device.

Die Einspritzvorrichtung weist ein Ventil mit einer Ventilnadel und einem Ventilsitz sowie einen die Ventilnadel umgebenden Düsenschaft auf, der ein Volumen des Fluids aufnimmt. Ferner weist die Einspritzvorrichtung eine sich auf der dem Ventil abgewandten Seite des Düsenschafts an diesen anschließende und mit diesem in Fließverbindung stehende Einlasskammer auf. Die Einspritzvorrichtung weist zumindest ein mit einem Gas gefülltes, komprimierbares Volumenausgleichselement auf, das innerhalb der Einspritzvorrichtung in Kontakt mit dem Fluid steht. Der Ventilschaft ist vorzugsweise von einem Ventilkörper der Einspritzvorrichtung und/oder von dem zumindest einen Volumenausgleichselement gebildet. Die Einspritzvorrichtung ist bei einer Ausgestaltung ein Fluid-Einspritzventil. The injection device has a valve with a valve needle and a valve seat and a nozzle shaft surrounding the valve needle, which receives a volume of the fluid. Further, the injection device has a side facing away from the valve on the nozzle shaft to this subsequent and in fluid communication with this inlet chamber. The injector includes at least one gas-filled, compressible volume balance element that is in contact with the fluid within the injector. The valve stem is preferably formed by a valve body of the injection device and / or by the at least one volume compensation element. In one embodiment, the injection device is a fluid injection valve.

Dabei wird hier und im Folgenden unter einem mit dem Fluid in Kontakt stehenden Volumenausgleichselement ein Volumenausgleichselement verstanden, auf das durch das Fluid Kräfte ausgeübt werden können. Insbesondere ist das Volumenausgleichselement derart ausgebildet und angeordnet, dass im Falle eines Einfrierens des Fluids aufgrund der Volumenzunahme Kräfte auf das Volumenausgleichselement ausgeübt werden. Da das Volumenausgleichselement komprimierbar ist, kann es eine Volumenausdehnung des Fluids kompensieren. Die Kompensation erfolgt insbesondere durch eine Komprimierung des Gases, mit dem das Volumenausgleichselement gefüllt ist. Insbesondere ist das Volumenausgleichselement derart ausgelegt, dass sich sein Volumen beim Erstarren einer den Ventilschaft füllenden Harnstofflösung um einen Wert verringert, der 3,5 % oder mehr, vorzugsweise um 5 % oder mehr, insbesondere zwischen einschließlich 5 % und einschließlich 9 % des Volumens des Ventilschafts entspricht. Unter dem Volumen des Ventilschafts wird dabei dasjenige Fluid-Volumen verstanden, das der Ventilschaft im Betrieb der Einspritzvorrichtung zur Einspritzung des Fluids aufnimmt. Here and in the following, a volume compensation element which is in contact with the fluid is understood to mean a volume compensation element to which forces can be exerted by the fluid. In particular, the volume compensation element is designed and arranged such that in the case of freezing of the fluid due to the increase in volume forces are exerted on the volume compensation element. Since the volume compensation element is compressible, it can compensate for volume expansion of the fluid. The compensation is effected in particular by a compression of the gas with which the volume compensation element is filled. In particular, the volume compensation element is designed such that its volume during the solidification of a urea solution filling the valve stem is reduced by a value of 3.5% or more, preferably 5% or more, in particular between 5% and 9% inclusive of volume Valve stem corresponds. In this case, the volume of the valve stem is understood as the fluid volume which the valve stem receives during the operation of the injection device for the injection of the fluid.

Auf diese Weise ist die Gefahr einer Beschädigung der Einspritzvorrichtung besonders gering. Insbesondere ist das Volumenausgleichselement auf diese Weise dazu ausgebildet, die Volumenzunahme von Harnstofflösung beim Erstarren auszugleichen. Diese beträgt beispielsweise ca. 7 %. In this way, the risk of damaging the injection device is particularly low. In particular, the volume compensation element is designed in this way to compensate for the volume increase of urea solution during solidification. This is for example about 7%.

Gemäß einer Ausführungsform weist das zumindest eine Volumenausgleichselement einen Wandbereich aus einem martensitausgehärteten Stahl auf. Der Wandbereich kann dabei die Gasfüllung ganz oder teilweise umschließen. Die Verwendung eines martensitausgehärteten Stahls für das Volumenausgleichselement hat den Vorteil, dass bei diesem Material der Übergang zwischen einem elastischen und einem plastischen Verhalten bei sehr hohen Kräften liegt, so dass das Material eine hohe Festigkeit bei einer gleichzeitig hohen Zähigkeit aufweist. According to one embodiment, the at least one volume compensation element has a wall area made of a martensite-hardened steel. The wall area can completely or partially enclose the gas filling. The use of a martensitic hardened steel for the volume compensation element has the advantage that in this material, the transition between an elastic and a plastic behavior is at very high forces, so that the material has a high strength with a simultaneously high toughness.

Martensitausgehärtete Stähle werden auch als „Maraging-Stähle“ (von englisch „martensite“ und „aging“ für „martensitaushärtbar“) bezeichnet. Sie weisen üblicherweise einen sehr geringen Kohlenstoffanteil auf und sind mit einem hohen Anteil Nickel legiert und können weitere Legierungselemente wie Kobalt, Molybdän, Aluminium, Kupfer, Niob und/oder Titan aufweisen, die die Ausbildung der Martensitphase im Eisen bei einer geeigneten Wärmebehandlung unterstützen. Herkömmliche Maraging-Stähle haben zwar einen verhältnismäßig hohen Nickelanteil von typischerweise mehr als 8 Gew.%, teilweise mehr als 12 Gew.%. Daneben gibt es jedoch neuere Hochleistungsstähle, die ebenfalls zu den Maraging-Stählen zählen, mit einem Nickelgehalt von nur 2–3 Gew.% und einem Mangangehalt von 9–12 Gew.%. Auch derartige Maraging-Stähle sind für den Wandbereich des Volumenausgleichselementes geeignet. Martensitized steels are also referred to as "maraging steels"("martensitehardenable" in English) and "aging". They usually have a very low carbon content and are alloyed with a high proportion of nickel and may contain other alloying elements such as cobalt, molybdenum, aluminum, copper, niobium and / or titanium which aid in the formation of the martensite phase in the iron with a suitable heat treatment. Although conventional maraging steels have a relatively high nickel content of typically more than 8% by weight, in some cases more than 12% by weight. There are also however, newer high-performance steels, which also belong to the maraging steels, with a nickel content of only 2-3% by weight and a manganese content of 9-12% by weight. Such maraging steels are also suitable for the wall area of the volume compensation element.

Bei dieser Ausbildung des Volumenausgleichselementes kann es insbesondere vorgesehen sein, dass ein Band oder Blech aus martensitausgehärtetem Stahl an eine Innenwand des Düsenschafts oder der Einlasskammer derart angeschweißt ist, dass zwischen der Innenwand und dem Blech oder Band aus martensitausgehärtetem Stahl eine mit Gas gefüllte Tasche ausgebildet ist, die das Volumenausgleichselement darstellt. Bei einer solchen Bauform wirkt sich ausdehnendes Fluid beim Einfrieren auf den Wandbereich aus martensitausgehärtetem Stahl, welcher seinerseits auf das dahinter eingeschlossene Gas wirkt. Die gasgefüllte Tasche wird somit komprimiert. In this embodiment of the volume compensation element, it can be provided, in particular, that a strip or sheet of martensitic hardened steel is welded to an inner wall of the nozzle shaft or the inlet chamber such that a pocket filled with gas is formed between the inner wall and the sheet or strip of martensitic hardened steel , which represents the volume compensation element. In such a design expands fluid when freezing on the wall area of martensitaus cured steel, which in turn acts on the trapped behind the gas. The gas-filled bag is thus compressed.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich das Volumenausgleichselement gezielt dort anordnen lässt, wo typischerweise die Gefahr einer Beschädigung der Einspritzvorrichtung durch stehendes Fluid besonders groß ist. This embodiment has the advantage that the volume compensation element can be arranged specifically where typically the risk of damaging the injection device due to stagnant fluid is particularly great.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zumindest eine Volumenausgleichselement Bereiche aus einem elastischen, porösen Kunststoff auf, wobei die Poren des Kunststoffs mit einem Gas gefüllt sind. Bei dieser Ausführungsform wird ebenfalls ein flexibel einsetzbares Volumenausgleichselement zur Verfügung gestellt, das gezielt dort angeordnet werden kann, wo Schäden aufgrund sich ausdehnenden Fluids zu erwarten wären. Zudem hat die Verwendung eines elastischen, porösen Kunststoffs den Vorteil, dass das Volumenausgleichselement verhältnismäßig leicht ist und nicht so einfach undicht werden kann, wodurch eine Komprimierbarkeit verloren ginge. According to a further embodiment, the at least one volume compensation element has regions made of an elastic, porous plastic, wherein the pores of the plastic are filled with a gas. In this embodiment, a flexibly usable volume compensation element is also provided, which can be selectively arranged where damage due to expanding fluid would be expected. In addition, the use of a resilient, porous plastic has the advantage that the volume compensation element is relatively easy and can not be easily leaked, whereby a compressibility would be lost.

In einer Ausführungsform ist das zumindest eine Volumenausgleichselement als Inlay ausgebildet und im Inneren der Einspritzvorrichtung derart angeordnet, dass es im Wesentlichen vollständig von dem Fluid umgeben ist. In one embodiment, the at least one volume compensation element is formed as an inlay and arranged in the interior of the injection device such that it is substantially completely surrounded by the fluid.

Dabei wird hier und im Folgenden unter einem Inlay ein separates Element verstanden, das bereits für sich das Volumenausgleichselement darstellt und in einer Kammer der Einspritzvorrichtung angeordnet wird. Das Inlay ist dann im Wesentlichen vollständig von dem Fluid umgeben, wenn es im weit überwiegenden Bereich seiner Oberfläche von Fluid umgeben ist. Kleine Oberflächenbereiche – beispielsweise von 25 % oder weniger, vorzugsweise von 10 % oder weniger, insbesondere von 5 % oder weniger – können beispielsweise für eine Aufhängung oder Befestigung des Inlays in der Kammer genutzt werden, so dass diese nicht mit dem Fluid in Berührung kommen. Here and below an inlay is understood to mean a separate element which already represents the volume compensation element per se and is arranged in a chamber of the injection device. The inlay is then substantially completely surrounded by the fluid when it is surrounded by fluid in the vast majority of its surface. Small surface areas - for example, 25% or less, preferably 10% or less, more preferably 5% or less - may be used, for example, to suspend or secure the inlay in the chamber so that it does not come in contact with the fluid.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine große Oberfläche des Volumenausgleichselementes für die Einwirkung von durch das Fluid ausgeübten Kräften zur Verfügung steht. This embodiment has the advantage that a large surface of the volume compensation element is available for the action of forces exerted by the fluid.

In einer alternativen Ausführungsform ist das zumindest eine Volumenausgleichselement als Verkleidung einer Wand des Düsenschafts und/oder der Einlasskammer ausgebildet. Dabei kann das Volumenausgleichselement beispielsweise als Wandverkleidung aus elastischem, porösen Kunststoff ausgebildet sein oder als gasgefüllte Tasche mit einem Wandbereich aus martensitausgehärtetem Stahl. In an alternative embodiment, the at least one volume compensation element is designed as a lining of a wall of the nozzle shaft and / or the inlet chamber. In this case, the volume compensation element may be formed, for example, as a wall cladding made of elastic, porous plastic or as a gas-filled bag with a wall area of martensitausgehärtem steel.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Befestigung des Volumenausgleichselementes innerhalb der Einspritzvorrichtung verhältnismäßig einfach ist. This embodiment has the advantage that the attachment of the volume compensation element within the injection device is relatively simple.

Das Volumenausgleichselement kann insbesondere in einer Einlasskammer (englisch „Inlet tube“) der Einspritzvorrichtung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann sie auch im Düsenschaft der Einspritzvorrichtung angeordnet sein. The volume compensation element can in particular be arranged in an inlet chamber ("inlet tube") of the injection device. Alternatively or additionally, it can also be arranged in the nozzle shaft of the injection device.

In diesen Bereichen steht einerseits der Bauraum zur Verfügung, andererseits sind dies auch die Bereiche, in denen das Fluid steht und im Falle eines Einfrierens Schäden zu erwarten sind. In these areas, on the one hand, the space available, on the other hand, these are also the areas in which the fluid is in the event of freezing and damage can be expected.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Ventilnadel aus martensitausgehärtetem Stahl ausgebildet und weist in ihrem Inneren einen mit Gas gefüllten Hohlraum auf. Bei dieser Ausführungsform stellt die Ventilnadel selbst das Volumenausgleichselement oder eines der Volumenausgleichselemente dar. Durch ihre verformbaren Wände und den mit Gas gefüllten Hohlraum ist sie komprimierbar. According to one embodiment, the valve needle is formed from martensit-hardened steel and has a gas-filled cavity in its interior. In this embodiment, the valve needle itself constitutes the volume compensation element or one of the volume compensation elements. It is compressible through its deformable walls and the gas-filled cavity.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein verhältnismäßig großes Volumenausgleichselement zur Verfügung gestellt werden kann, ohne dass zusätzlicher Bauraum innerhalb der Einspritzvorrichtung geschaffen werden muss. This embodiment has the advantage that a relatively large volume compensation element can be provided without additional space has to be created within the injector.

Die Einspritzvorrichtung ist insbesondere als Einspritzvorrichtung für eine Harnstofflösung in einer Abgasnachbehandlung ausgebildet, da aufgrund des Gefrierpunktes von Harnstofflösung von –7°C derartige Einspritzvorrichtungen entsprechend gegen eine Zerstörung durch die Volumenausdehnung des Harnstoffs geschützt werden müssen. The injection device is designed in particular as an injection device for a urea solution in an exhaust aftertreatment, since due to the freezing point of urea solution of -7 ° C such injectors must be protected accordingly against destruction by the volume expansion of urea.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es auch möglich, Teile der Einspritzvorrichtungaus martensitausgehärtetem Stahl auszubilden, um eine besondere Widerstandsfähigkeit zu erreichen. Beispielsweise kann eine Düsenplatte, welche insbesondere den Ventilsitz und/oder mindestens eine Düse der Einspritzvorrichtung aufweist, aus martensitausgehärtetem Stahl ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Ventilkörper – insbesondere zumindest im Bereich des Düsenschafts – aus martensitausgehärtetem Stahl ausgebildet sein. Der Düsenschaft ist bei dieser und anderen Ausgestaltungen vorzugsweise stromaufwärts von der Düsenplatte angeordnet und kann insbesondere an diese angrenzen. Düsenschaft und Düsenplatte können einstückig – d.h. insbesondere aus ein und demselben Werkstück hergestellt – oder separat gefertigt sein. Dies kann mit den beschriebenen Volumenausgleichselementen kombiniert werden oder in Alleinstellung angewandt werden, um eine bessere Festigkeit der Einspritzvorrichtung zu erhalten. According to another aspect of the invention, it is also possible to form parts of the martensitic hardened steel injector to form a to achieve special resistance. For example, a nozzle plate, which in particular has the valve seat and / or at least one nozzle of the injection device, may be formed from martensite-hardened steel. Alternatively or additionally, the valve body may be formed of martensite hardened steel, in particular at least in the region of the nozzle shaft. In this and other embodiments, the nozzle shaft is preferably arranged upstream of the nozzle plate and can adjoin it in particular. Nozzle shaft and nozzle plate can be made in one piece - ie in particular made from one and the same workpiece - or manufactured separately. This can be combined with the described volume compensation elements or used alone to obtain a better strength of the injector.

Weitere Vorteile sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Einspritzvorrichtung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Further advantages and advantageous embodiments and further developments of the injection device will become apparent from the following, described in more detail with reference to figures embodiments.

1 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einer Erfindung. 1 schematically shows a sectional view of an injection device according to a first embodiment of an invention.

2 zeigt schematisch ein Detail der Einspritzvorrichtung gemäß 1, 2 schematically shows a detail of the injection device according to 1 .

3 zeigt schematisch ein weiteres Detail der Einspritzvorrichtung gemäß 1, 3 schematically shows a further detail of the injection device according to 1 .

4 zeigt Details zu Ausführungsformen der Volumenausgleichselemente der Einspritzvorrichtung gemäß 1, 4 shows details of embodiments of the volume compensation elements of the injector according to 1 .

5 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 5 schematically shows a sectional view of an injection device according to a second embodiment of the invention and

6 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer Einspritzvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 6 schematically shows a sectional view of an injection device according to a third embodiment of the invention.

1 zeigt eine Einspritzvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die als Einspritzvorrichtung für eine Harnstofflösung in einem System zur Abgasnachbehandlung eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. 1 shows an injection device 1 according to a first embodiment of the invention, which is designed as an injection device for a urea solution in a system for exhaust gas aftertreatment of a motor vehicle.

Die Einspritzvorrichtung 1 weist ein Ventil 3 mit einer Ventilnadel 5, einer als Kugel ausgebildeten Spitze 7 und einem Ventilsitz 9 auf. Im geschlossenen Zustand ist die Spitze 7 durch die Kraft einer Feder 30 auf den Ventilsitz 9 gedrückt und verschließt somit die Düse 11. Ventilsitz 9 und Düse 11 sind in einer Düsenplatte der als Einspritzventil ausgebildeten Einspritzvorrichtung 1 enthalten. Ein Ventilgehäuse 13 umgibt das Ventil 3 sowie den Düsenschaft 15, der als Hohlraum innerhalb des Ventilgehäuses 13 ausgebildet ist und im Betrieb mit Harnstofflösung gefüllt ist. Ein Durchlass 17 in der hohl ausgebildeten Ventilnadel 5 erlaubt den Übertritt von Harnstofflösung in den Düsenschaft 15. The injector 1 has a valve 3 with a valve needle 5 , a bullet-shaped point 7 and a valve seat 9 on. When closed, the tip is 7 by the power of a spring 30 on the valve seat 9 pressed and thus closes the nozzle 11 , valve seat 9 and nozzle 11 are in a nozzle plate of the injector designed as an injection device 1 contain. A valve housing 13 surrounds the valve 3 and the nozzle shaft 15 acting as a cavity inside the valve body 13 is formed and filled in operation with urea solution. A passage 17 in the hollow valve needle 5 allows the passage of urea solution into the nozzle shaft 15 ,

Auf der dem Ventil abgewandten Seite des Düsenschafts 15 schließt sich an diesen eine Einlasskammer 19 an, die durch das Einlassrohr 18 gebildet ist und die mit dem Düsenschaft 15 in Fließverbindung steht. In der Einlasskammer 19 ist ein Filter 29 für das Fluid angeordnet, über dessen Positionierung die Vorspannung der Feder 30 einstellbar ist. On the side of the nozzle shaft facing away from the valve 15 joins this one inlet chamber 19 on, passing through the inlet pipe 18 is formed and with the nozzle shaft 15 in fluid communication. In the inlet chamber 19 is a filter 29 arranged for the fluid, on its positioning, the bias of the spring 30 is adjustable.

Im Betrieb sind die Einlasskammer 19 und der Düsenschaft 15 mit dem einzuspritzenden Fluid – im vorliegenden Ausführungsbeispiel Harnstofflösung – gefüllt. Um ein Einspritzen von Harnstofflösung durch die Düse 11 zu ermöglichen, weist die Einspritzvorrichtung 1 eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung auf. In operation are the inlet chamber 19 and the nozzle shaft 15 filled with the fluid to be injected - urea solution in the present embodiment. To inject urea solution through the nozzle 11 to allow the injection device 1 an electromagnetic actuator.

Die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung hat eine Spule 21, einen Anker 23, ein Polstück 25 sowie eine nichtmagnetische Hülse 27, die auf ein Ende des Polstücks 25 aufgepresst ist. Der Anker 23 ist in Längsrichtung der Einspritzvorrichtung 1 gegenüber dem Ventilkörper 13 verschiebbar und nimmt die Ventilnadel 5 mit, die bei einer Verschiebung in einer Richtung weg vom Ventilsitz 9 die Düse 11 freigibt und den Austritt von Harnstofflösung durch die Düse 11 ermöglicht. The electromagnetic actuator has a coil 21 , an anchor 23 , a pole piece 25 and a non-magnetic sleeve 27 pointing to one end of the pole piece 25 is pressed on. The anchor 23 is in the longitudinal direction of the injector 1 opposite the valve body 13 displaceable and takes the valve needle 5 with that moving in a direction away from the valve seat 9 the nozzle 11 releases and the discharge of urea solution through the nozzle 11 allows.

Die Einspritzvorrichtung 1 weist mit Gas gefüllte, komprimierbare Volumenausgleichselemente 33 auf, die die Kompensation einer Volumenzunahme der Harnstofflösung im Falle eines Einfrierens ermöglichen und somit eine Schädigung der Einspritzvorrichtung 1 verhindern. In der gezeigten ersten Ausführungsform ist ein erstes Volumenausgleichselement 33 im Bereich des Düsenschafts 15 angeordnet, ein zweites Volumenausgleichselement 33 ist im Bereich der Einlasskammer angeordnet. Beide Volumenausgleichselemente 33 sind in der gezeigten Ausführungsform als Wandverkleidungen ausgebildet. The injector 1 includes gas-filled, compressible volume compensation elements 33 on, which allow the compensation of an increase in volume of the urea solution in the event of freezing and thus damage the injector 1 prevent. In the first embodiment shown, a first volume compensation element 33 in the area of the nozzle shaft 15 arranged, a second volume compensation element 33 is arranged in the region of the inlet chamber. Both volume compensation elements 33 are formed in the embodiment shown as wall coverings.

Die Volumenausgleichselemente 33 gemäß dieser ersten Ausführungsform sind in den 2 und 3 im Detail dargestellt. Die 2, 3, 5 und 6 zeigen der Einfachheit halber lediglich die Hälfte der Einspritzvorrichtung 1 oberhalb der Symmetrieachse 34. The volume compensation elements 33 According to this first embodiment are in the 2 and 3 shown in detail. The 2 . 3 . 5 and 6 show for simplicity, only half of the injector 1 above the axis of symmetry 34 ,

Die Volumenausgleichselemente 33 weisen jeweils eine Wand 35 auf, die durch ein dünnes Blech oder Band aus einem martensitausgehärteten Stahl gebildet ist. Die Wand 35 ist derart mit dem Ventilgehäuse 13 bzw. dem Einlassrohr 18 verschweißt, dass sich zwischen der Wand 35 und dem Ventilgehäuse 13 bzw. dem Einlassrohr 18 ein gasgefüllter Hohlraum 37 ausbildet. Der gasgefüllte Hohlraum ist insbesondere mit Luft gefüllt. Die den fluid-gefüllten Hohlraum definierende Oberfläche des Düsenschafts 15, die mit dem Fluid in Kontakt steht, wird somit von einer Oberfläche des mit dem Ventilgehäuse 13 verschweißten Volumenausgleichselements 33, sowie ggf. von Bereichen einer inneren Umfangsfläch des Ventilkörpers 13 gebildet, die von dem Volumenausgleichselement 33 unbedeckt sind. The volume compensation elements 33 each have a wall 35 formed by a thin sheet or strip of martensitic hardened steel. The wall 35 is so with the valve body 13 or the inlet pipe 18 welded, that is between the wall 35 and the valve housing 13 or the inlet pipe 18 a gas-filled cavity 37 formed. The gas-filled cavity is filled in particular with air. The fluid-filled cavity defining surface of the nozzle shaft 15 , which is in contact with the fluid is thus from a surface of the valve housing 13 welded volume compensation element 33 , as well as possibly of areas of an inner peripheral surface of the valve body 13 formed by the volume compensation element 33 are uncovered.

Im Falle eines Einfrierens der Harnstofflösung und einer damit verbundenen Volumenzunahme übt die Harnstofflösung eine Kraft auf die Wand 35 der Volumenausgleichselemente 33 aus. Aufgrund dieser Kraft wird die Luft in dem gasgefüllten Hohlraum 37 komprimiert, die Wand 35 erfährt dabei eine Verformung. Auf andere Bauteile der Einspritzvorrichtung 1, beispielsweise auf das Ventilgehäuse 13 oder das Einlassrohr 18 wird keine zusätzliche Kraft ausgeübt bzw. eine auf diese ausgeübte Kraft ist stark vermindert, dadurch, dass die Volumenausgleichselemente 33 den überwiegenden Teil der Volumenzunahme oder sogar die gesamte Volumenzunahme der Harnstofflösung kompensieren. Die Belastung der Einspritzvorrichtung 1 aufgrund einfrierenden Fluids ist somit stark reduziert und ihre Lebensdauer somit erhöht. In the case of freezing of the urea solution and an associated volume increase, the urea solution exerts a force on the wall 35 the volume compensation elements 33 out. Due to this force, the air in the gas-filled cavity 37 compressed, the wall 35 experiences a deformation. On other components of the injector 1 , For example, on the valve housing 13 or the inlet pipe 18 If no additional force is exerted or a force exerted on this force is greatly reduced, in that the volume compensation elements 33 compensate for most of the increase in volume or even the total volume increase of the urea solution. The load of the injector 1 due to freezing fluid is thus greatly reduced and thus increased their life.

4 zeigt verschiedene Ausführungsformen der Volumenausgleichselemente 33 gemäß den 1 bis 3. Während die Wand 35 in der oberen Darstellung gemäß 4 weitgehend parallel zur Innenwand des Ventilgehäuses 13 bzw. des Einlassrohrs 18 verläuft, hat die Wand 35 in der unteren Darstellung gemäß 4 im Schnitt einen wellenförmigen Verlauf. Dadurch ist ihre Oberfläche vergrößert und ihre Verformbarkeit erhöht. 4 shows various embodiments of the volume compensation elements 33 according to the 1 to 3 , While the wall 35 in the upper illustration according to 4 largely parallel to the inner wall of the valve housing 13 or the inlet pipe 18 runs, has the wall 35 in the lower illustration according to 4 on average, a wave-shaped course. This increases their surface area and increases their deformability.

5 zeigt eine Einspritzvorrichtung 1 für eine flüssige Harnstofflösung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 gezeigten dadurch, dass das Volumenausgleichselement 33 durch die Ventilnadel 5 selbst gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Ventilnadel 5 abgeschlossen und innen hohl ausgebildet. Da sie geschlossen ist, ist sie im Betrieb nicht mit Harnstofflösung gefüllt. Vielmehr weist sie einen festen Grundkörper 45 auf, der beispielsweise aus martensitausgehärtetem Stahl bestehen kann, und einen darum angeordneten und mit dem Grundkörper verbundenen komprimierbaren Körper 47, der das Volumenausgleichselement 33 bildet. Der komprimierbare Körper 47 kann, wie bereits im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen beschrieben, aus porösem Kunststoff ausgebildet sein oder eine Wand 35 mit einem gasgefüllten Hohlraum 39 dahinter aufweisen. 5 shows an injection device 1 for a liquid urea solution according to a second embodiment of the invention. This is different from the one in the 1 to 3 shown in that the volume compensation element 33 through the valve needle 5 itself is formed. In this embodiment, the valve needle 5 completed and formed hollow inside. Since it is closed, it is not filled with urea solution during operation. Rather, it has a solid body 45 on, which may be made of martensitic hardened steel, for example, and arranged around it and connected to the body compressible body 47 , which is the volume compensation element 33 forms. The compressible body 47 can, as already described in connection with other embodiments, be made of porous plastic or a wall 35 with a gas filled cavity 39 behind it.

In der gezeigten Ausführungsform weist der martensitausgehärtete Stahl eine Zusammensetzung auf von 8 Gew.% Nickel, 1 Gew.% Molybdän, 13 Gew.% Chrom, maximal 0,5 Gew.% Beryllium, Rest Eisen. Dieses Material weist eine sehr gute Verformbarkeit gute Federeigenschaften sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Wie sich herausgestellt hat, ist es aufgrund dieser Eigenschaften zur Ausbildung von Volumenausgleichselementen 33 sehr gut geeignet. In the embodiment shown, the martensitic hardened steel has a composition of 8% by weight nickel, 1% by weight molybdenum, 13% by weight chromium, at most 0.5% by weight beryllium, the remainder iron. This material has a very good ductility good spring properties and good corrosion resistance. As it turns out, it is because of these properties for the formation of volume compensation elements 33 very suitable.

Da die Ventilnadel 5 in dieser Ausführungsform abgeschlossen und nicht mit Harnstofflösung gefüllt ist, ist oberhalb der Ventilnadel 5 im Bereich des Ankers 23 ein Durchlass 41 für die Harnstofflösung aus der Einlasskammer 19 in den Düsenschaft 15 vorgesehen. Because the valve needle 5 completed in this embodiment and not filled with urea solution is above the valve needle 5 in the area of the anchor 23 a passage 41 for the urea solution from the inlet chamber 19 in the nozzle shaft 15 intended.

6 zeigt eine Einspritzvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Diese unterscheidet sich von den anderen Ausführungsformen dadurch, dass das Volumenausgleichselement 33 durch ein innerhalb der Einlasskammer 19 angeordnetes Inlay 43 ausgebildet ist. Das Inlay 43 ist als komprimierbarer Körper ausgebildet, beispielsweise als Kunststoffkörper aus einem elastischen Kunststoff mit gasgefüllten Poren darin oder als Körper mit Metallwandung, der einen gasgefüllten Hohlraum umgibt. Als Material für die Metallwandung kann beispielsweise Stahl eingesetzt werden. Geeignet sind neben Maraging-Stählen auch Edelstähle. 6 shows an injection device 1 according to a third embodiment of the invention. This differs from the other embodiments in that the volume compensation element 33 through an inside of the inlet chamber 19 arranged inlay 43 is trained. The inlay 43 is formed as a compressible body, for example as a plastic body made of an elastic plastic with gas-filled pores therein or as a body with metal wall surrounding a gas-filled cavity. As a material for the metal wall, for example, steel can be used. In addition to maraging steels, stainless steels are also suitable.

Das Inlay 43 ist im Wesentlichen von Harnstofflösung umgeben, da es zentral in der Einlasskammer 19 angeordnet ist. In der Ausführungsform gemäß 6 ist es entlang der Symmetrieachse 34 der Einspritzvorrichtung 1 angeordnet. In dieser Position, in der es dem Fluid eine große Oberfläche bietet, ist das Inlay 43 in der Einlasskammer 19 fixiert. Die Befestigung, die in 6 nicht gezeigt ist, kann beispielswiese durch Clipsen – d.h. insbesondere durch Befestigung mittels einer Federklammer – erfolgen. The inlay 43 is essentially surrounded by urea solution as it is centrally located in the inlet chamber 19 is arranged. In the embodiment according to 6 it is along the axis of symmetry 34 the injector 1 arranged. In this position, where it provides the fluid with a large surface, is the inlay 43 in the inlet chamber 19 fixed. The fortification in 6 is not shown, for example, by clipping - ie in particular by attachment by means of a spring clip - done.

Im Falle eines Einfrierens der Harnstofflösung wirken von allen Seiten Kräfte auf das Inlay 43 und komprimieren es, um die Volumenzunahme der Harnstofflösung auszugleichen, so dass eine Beschädigung der Einspritzvorrichtung 1 verhindert wird. In case of freezing of the urea solution forces act on all sides of the inlay 43 and compress it to compensate for the volume increase of the urea solution, causing damage to the injector 1 is prevented.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Einspritzvorrichtung (1) zur Zumessung eines Fluids, die folgendes aufweist: – ein Ventil (3) mit einer Ventilnadel (5) und einem Ventilsitz (9); – einen die Ventilnadel (5) umgebenden Düsenschaft (15), der ein Volumen des Fluids aufnimmt; – eine sich auf der dem Ventil (3) abgewandten Seite des Düsenschafts (15) an diesen anschließende und mit diesem in Fließverbindung stehende Einlasskammer (19); wobei die Einspritzvorrichtung (1) zumindest ein mit einem Gas gefülltes, komprimierbares Volumenausgleichselement (33) aufweist, das innerhalb der Einspritzvorrichtung (1) in Kontakt mit dem Fluid steht. Injection device ( 1 ) for metering a fluid, comprising: - a valve ( 3 ) with a valve needle ( 5 ) and a valve seat ( 9 ); - a valve needle ( 5 ) surrounding nozzle shaft ( 15 ) receiving a volume of the fluid; - one on the valve ( 3 ) facing away from the nozzle shaft ( 15 ) to this subsequent and in fluid communication with this inlet chamber ( 19 ); the injection device ( 1 ) at least one gas-filled, compressible volume compensation element ( 33 ), which within the injection device ( 1 ) is in contact with the fluid. Einspritzvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das zumindest eine Volumenausgleichselement (33) einen Wandbereich (35) aus einem martensitausgehärteten Stahl aufweist. Injection device ( 1 ) according to the preceding claim, wherein the at least one volume compensation element ( 33 ) a wall area ( 35 ) of a martensitic hardened steel. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Volumenausgleichselement (33) Bereiche aus einem elastischen, porösen Kunststoff aufweist, wobei die Poren des Kunststoffs mit einem Gas gefüllt sind. Injection device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one volume compensation element ( 33 ) Comprises regions of an elastic, porous plastic, wherein the pores of the plastic are filled with a gas. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Volumenausgleichselement (33) als Inlay (43) ausgebildet und im Innern der Einspritzvorrichtung (1) derart angeordnet ist, dass es im Wesentlichen vollständig von dem Fluid umgeben ist. Injection device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one volume compensation element ( 33 ) as inlay ( 43 ) and in the interior of the injection device ( 1 ) is arranged so that it is substantially completely surrounded by the fluid. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zumindest eine Volumenausgleichselement (33) als Verkleidung einer Wand des Düsenschafts (15) und/oder der Einlasskammer (19) ausgebildet ist. Injection device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the at least one volume compensation element ( 33 ) as a lining of a wall of the nozzle shaft ( 15 ) and / or the inlet chamber ( 19 ) is trained. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Volumenausgleichselement (33) in einer Einlasskammer (19) der Einspritzvorrichtung (1) angeordnet ist. Injection device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the volume compensation element ( 33 ) in an inlet chamber ( 19 ) of the injection device ( 1 ) is arranged. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Volumenausgleichselement (33) in dem Düsenschaft (15) der Einspritzvorrichtung (1) angeordnet ist. Injection device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the volume compensation element ( 33 ) in the nozzle shaft ( 15 ) of the injection device ( 1 ) is arranged. Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ventilnadel (5) aus martensitausgehärtetem Stahl ausgebildet ist und in ihrem Innern einen mit Gas gefüllten Hohlraum aufweist. Injection device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the valve needle ( 5 ) is formed of martensite hardened steel and has a gas-filled cavity in its interior. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Einspritzvorrichtung (1) für eine Harnstofflösung in einer Abgasnachbehandlung ausgebildet ist. Injection device ( 1 ) according to one of the preceding claims, which is used as an injection device ( 1 ) is designed for a urea solution in an exhaust aftertreatment. Kraftfahrzeug mit einer Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 9. Motor vehicle with an injection device ( 1 ) according to claim 9.
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